基于SLP的采掘装备壳体车间布局优化研究

李建华 陈祥儒 周鹏

摘要：车间布局优化一直以来是企业提高生产效率、降低生产成本的重要一环，车间的布局合理性关乎能否更好的促进企业发展。以XM煤矿企业的机加一分公司车间为研究对象，实际调研了车间生产产品的工艺流程、生产布局资料，运用价值流图对该车间生产布局现状做了分析，通过SLP理论方法对车间的物流关系和作业单位相互关系进行了分析确定，得到了该车间的作业单位相互关系图、作业单位综合接近程度排序及作业单位位置相关图，并结合车间实际给出了2种优化方案。通过方案综合评价选出了较为合理的方案，为企业提高效益、节省成本提供了有力的支持和指导。

Abstract：
Layout Optimization of the workshop has always been an important part of improving production efficiency and reducing production costs. The rationality of the layout of the workshop is about whether it can better promote the development of the enterprise. Taking the Machine plus one workshop of the XM coal mine company as the research object， the process flow and production layout data of the products produced in the workshop were actually investigated， and the current situation of the production layout of the workshop was analyzed using the Value Stream Map. The logistics relationship and the interrelationship between operating units were analyzed and determined. The correlation diagram of the operating units of the workshop， the overall proximity of the operating units， and the correlation diagram of the location of the operating units were obtained， and two optimization schemes were given based on the actual situation of the workshop. A more reasonable plan was selected through comprehensive evaluation of the plan， which provided strong support and guidance for enterprises to improve efficiency and save costs.

關键词：价值流图;系统布置方法;采掘装备壳体;布局优化

Key words：
Value Stream Map;Systematic Layout Planning;Mining Equipment Shell;Layout Optimization

中图分类号：TH181                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）11-0284-05

0  引言

随着经济综合实力的有效快速提升，我国已经逐步踏入工业化的成熟阶段，对资源的开发及开采投资力度也越来越大，从而矿山机械行业也迅速发展。目前我国大多数制造企业尤其机械制造企业的规划、生产比较混乱，生产效率也较为低下[1]。以XM企业机加一分公司车间为例，该车间主要从事采掘装备的壳体生产加工工作，车间初建时并未重视设施布局问题，设备的布置仅凭以往经验，而后订单量的增多使得车间生产任务加大，车间内出现物料乱堆乱放、重复搬运以及车间内人流物流严重交叉等现象，增加了安全隐患降，降低了车间的生产效率。系统布置方法（Systematic Layout Planning，即SLP）是现今较为成熟的车间布局理论方法，旨在通过分析生产过程中的物流强度及非物流强度，运用作业单位相互关系图等方式规划设计出合理的布置[2]，从而提高整个生产系统经济效益使。

SLP优化理论方法已经得到广泛运用，并取得了一定研究成果。左韵杨[3]通过SLP方法结合数学建模对C制造业公司的车间布局做了研究改善，证明了优化方案的有效可行。杨文昕等[4]人以电商仓库为例，运用SLP理论对各作业单位间的综合相互关系分析，对其现有布局进行优化，帮助企业提高了分拣效率。刘志海等人[5]针对超市的布局规划问题做了相应的研究，运用改进后的SLP法将动线分析与反馈加入超市布局规划流程，分析绘制相关图表，提出超市布局规划方案，进行优选评价。兰爽等人[6]采SLP设计方法对H公司的总平面布局进行规划研究，根据产品生产流程及产量要求分析得出作业单位之间的接近程度并绘制了优化方案，帮助公司减少物料搬运时间、降低生产成本、提高作业效率。

现今，SLP理论方法的运用已经相当成熟，但查阅诸多文献发现其在煤矿采掘装备机械加工领域的应用却非常少。本文则是通过对XM企业的机加一分公司车间进行实习调研，结合车间实际情况，运用价值流图分析结合SLP理论对车间布局进行合理优化，从而为企业提高生产加工效率提供有力帮助。

1  采掘装备壳体车间研究现状分析

1.1 车间壳体加工工艺

本文研究的目标对象是XM企业机加一分公司车间，承担XM企业采煤机牵引部、摇臂、电控箱体以及掘进机机架、回转座、覆带架等大型壳体的精加工工作。

车间生产加工的采掘装备大型壳体产品划分为普通产品壳体和高端产品壳体，普通产品包含毛坯铸件（退火）、粗加工、正火、铆、时效、抛丸、半精加工、精加工、渗透打压、铆（打压）等10道工艺。上述工艺加工中，粗加工和精加工处理后需要进行探伤操作来检测壳体铸件在完成相应的加工工艺后是否符合该壳体产品对质量和强度的要求。高端系列壳体生产加工与普通壳体情况相似，也涵盖了10道加工工艺。但高端产品的壳体在加工過程中需要进行调质处理，使得该壳体结构稳定，具有更加良好的综合机械性性能，以能够满足高端产品的实际需求。具体的普通、高端产品壳体工艺如图1和图2所示。

1.2 车间生产现状分析

XM企业机加一分公司车间主要负责采掘装备大型壳体的机械加工。以采煤机摇臂壳体为例，壳体的加工涉及工序工艺繁多，在加工过程中难免会造成成本的浪费，影响着部件的加工效率。对于机加一分公司车间，经本人实习期间对车间的实际接触与考察，一方面收集了车间的生产、成本等资料信息，分析了解了车间的现状;另一方面，主动与车间的相关负责人及管理人员、设备操作人员进行沟通，获取了当年车间生产管理过程中存在的问题，了解了车间之前所做出的努力，以及为何改善不成功或未能解决等情况。同时，将获取的相关信息进行整合分析并画出相关的价值流图[7]，如图3所示。

通过绘制的价值流图，可以清晰地看出采煤机摇臂壳体在机加一分公司车间的增值与非增值时间为272h和52d，可以计算出增值比为17.9%，由增值比可以初步发现机加一分公司车间生产情况不尽人意。

机加一分公司车间各区域是按照零部件加工工艺结合设备功能来布局的，但具体的划分比较分散，并没有将功能一致的设备集中布局，如图4所示。分散的布局对机加一分公司车间的生产管理产生了重要的影响，结合价值流图，可以分析总结出以下主要存在的问题：①半成品存放区及存放区划分不合理，阻碍物流流畅度，拖延加工周期;②划线区与钳工区过于分散，易引起划线不准、尺寸不合现象，增加壳体返修率;③搬运路径不合理，布局相对比较分散，增加了搬运路线的不确定性、安全隐患;④整个壳体生产车间目视化效果较差，导致整个车间杂乱，影响到一线员工情绪。

2  基于SLP的壳体车间布局优化与评价

对于车间生产设备布局的研究，应从车间基础资料开始，按照SLP理论依次对车间布局进行优化研究。

2.1 车间作业单位的划分及需求面积统计

首先需要的是明确车间作业单位的具体划分情况，在根据实际情况，壳体车间的划分及面积统计情况如表1所示。

2.2 各作业单位间物流强度及相关关系的分析确定

2.2.1 作业单位间物流强度分析

对于物流强度的确定，可以通过经验估算法计算得出。经验估算法也就是通过物流量与搬运距离的乘积得到。但由于车间物流数据较为复杂，直接对数据进行分析较为困难且无需必要，可通过SLP方法中的物流强度等级对该车间进行研究，在SLP法中一般用符号A、E、I、O、U表示逐级递减的不同级别物流强度[8]。将收集到的资料数据整理，并计算机加一分公司车间各作业单位的物流强度，如表3所示（部分）。

依据上述物流等级划分情况，可以绘制机加一分公司车间各作业单位物流相互关系图，其中各作业单位间可忽略物流强度等级为U，车间具体作业单位相关图如图5所示。

2.2.2 作业单位间相互关系分析

在车间生产加工过程中，不同的设备存在着一定的影响和联系，还需要知道各作业单位间的非物流相关关系[9]，从而确定作业单位综合相关程度，以求得所需要的优化方案。根据机加一分公司车间的生产加工情况，选取5个对车间各作业单位间关系影响较大的因素作为评价彼此关系级别的依据，具体如表4所示。

为了能够与物流相关关系级别一一对应，可同样对机加一分公司车间各作业单位划分等级，分别用A、E、I、O、U、X来表示作业单位间逐级递减的相关关系。与表示物流强度关系级别稍有不同，此处X级别表示的为作业单位之间存在负影响的密切程度。那么，可将各作业单位间相互关系汇总分析如表5所示（由于篇幅有限，只列出部分）。

根据表5中作业单位相互关系评价依据以及作业相关单位划分的等级，可以汇总整理并绘制相关关系图，如图6所示。

2.3 车间作业单位初步方案的确定

生产布局优化的完成需要分析确定各作业单位的综合相互关系并绘制位置相关图[10]，再根据实际情况进行灵活调整，方可得出优化方案。

在SLP法中，通常采加权的方法将各个作业单位间关系实行量化。鉴于机加一分公司的实际情况，选取物流关系与作业单位相互关系加权比可为m∶n=2∶1。假设机加一分公司车间任意两个作业单位分为Ai和Aj，用MRij和NRij分别表示作业单位间物流关系级别和作业单位相互关系级别对应的量化值，那么Ai和Aj作业单位间综合相互关系TRij可以表示为：TRij=mMRij+nNRij

对于各作业单位间综合关系等级划分，同样依照分析物流强度关系与作业单位相互关系时的等级划分[11]，经计算整理汇总可以得到机加一分公司车间作业单位综合相互关系等级划分表，由于表现为U级别的部分并不能在综合相互关系中表达出来，则综合相互关系等级划分如表6所示（部分），其余计算方式相同。

通过上述过程对机加一分公司车间进行的各作业单位综合相互关系分析，可以绘制车间作业单位综合相互关系图，如图7所示。

若计算车间布局优化方案，还需要计算出综合接近程度，根据接近程度值得排序绘制作业单位位置图，再结合车间实际情况得出布局的优化方案。其中，综合接近程度量化计算如表7所示。

根据上述综合接近程度量化计算排序表可知，机加一分公司车间各作业单位的位置图绘制顺序为16、1、6、12、4、8、14、11、15、7、5、18、13、10、2、3、17、9，则可以通过从高到低的综合接近程度顺序来对各作业单位进行位置布置，以能够制定优化方案[12]。在绘制位置相关图时，用连线来表示作业区域的相互关系，其中等级 A、E、I、O分别用相互平行的4条线、3 条线、2条线、1条线表示，等级为U的省略，等级为X用虚线表示。则绘制后的位置相关图如图8所示。

车间布局方案的确定一般是将车间内各作业单位的位置相关图与车间实际面积来进行确定。那么，结合机加一分公司车间实际情况，在满足的车间条件约束的前提下可以得到合理的布局，如图9、图10所示。

2.4 车间布局优化方案的评价

生产车间规划方案评价主要考虑，原料、半成品搬运调度是否能够使得物流强度尽可能低，也就是路径最优的原则[13]。本文所给出的两个优化方案中，相关性比较大的作业单位均做做到了集中布置，增加了生产过程的流畅性，两个方案均可以满足需求。尽管如此，两个方案在实施过程中并不见得具有同等的效果，故可以通过综合评价来判断方案哪一种更为合理。根据评价考虑的指标，以满分100分为标准，邀请车间内各各作业单位工作人员共25余人进行打分汇总平均，具体指标得分情况如表8所示。

根据表8的评价汇总可知，方案一的生产工作连续性、搬运路线优化程度均要好于方案二，尽管方案二的可执行程度与车间布局利用较好，但总的来说方案一评价得分高，总体更好一些。

3  结论

企业的生产布局在提高自身生产效率、降低成本方面起着非常重要的作用。通过运用价值流图对XM企业的机加一分公司车间布局现状分析，运用SLP理论方法对该车间进行分析优化，使得车间在原有的布置基础上能够尽可能进行提升优化，以提高企业的生产效率和生产效益。这种对生产车间布局的理论与方向，不仅能夠为已建成的车间进行优化，还将为企业车间后期的扩建提供有效的理论指导，具有现实的意义。

参考文献：

[1]周金雄.探析我国机械制造技术的现状及发展方向[J].城市建设理论研究（电子版），2013（24）.

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[3]左韵杨.基于SLP方法的C公司包装车间设施布局优化研究[D].河北工程大学，2019.

[4]杨文昕，陈琳，菅紫倩，程铭.基于SLP与AHP的B公司电商仓库布局优化研究[J].企业改革与管理，2019（17）：65-67.

[5]刘志海，张丹丹.基于改进型SLP的超市布局优化研究[J].物流工程与管理，2017，39（03）：111-114.

[6]兰爽，刘忠华，孟照璇.基于SLP法的厂区平面布局设计[J].价值工程，2017，36（34）：239-241.

[7]潘浩峰.基于价值流程图的A公司生产流程优化研究[D].江苏：苏州大学，2017.

[8]刘伟刚.沈阳恒工生产物流与设施规划研究[J].经济研究导刊，2015（5）：57-58.

[9]刘涛.Z公司二期生产车间设施布局设计[D].西南交通大学，2014.

[10]刘洋，祁文军，孙文磊.SLP法在某汽车厂总体布局设计中的应用[J].宁夏大学学报（自然科学版），2014（2）：144-148.

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[12]曹阳华，康秀翠.基于SLP思想的车间设备布置改善研究[J].现代制造工程，2015（8）：75-80.

[13]王昀睿.基于SLP的某钢结构公司生产车间布局优化研究[J].现代制造工程，2019（03）：31-37.